的电负性和热性能

SF6气体绝缘强度高的主要原因是在于它是强电负性气体，电子和气体分子碰撞时不但会发生碰撞电离，也会发生电子附着的过程。

SF6分子正八面体结构的6个顶向上的F原子是非常活泼的卤族元素的原子，在原子核外，内层电子数为2，外层电子数为7，仅缺一个电子便达到稳定的电子层分布，如图4-3所示。它易于吸附电子形成负离子同时释放出能量，放出的能量叫电子亲和能，亲和能越大则电负性越强。原子核最外层电子数超过4时，便有吸附外部电子的能力，随外层电子数增加，其吸附电子的能力也增加，外层电子数为7的氟原子在卤族元素中具有最大的电子亲和能（4.1e V），因此，具有很强的吸附电子的能力，容易和电子结合形成负离子，从而阻碍放电的形成和发展。SF6特有的强力吸附电子的能力，称为电负性。SF6的电负性比空气高几十倍，极强的电负性使SF6气体具有优良的绝缘性能，电极间在一定的场强下发生电子发射时，极间自由电子很快被SF6吸附，大大阻碍了碰撞电离过程的发展，使极间电离度下降而耐受电压能力增强。这一电负性对于开断电弧电流过零后触头间的绝缘恢复也十分有利。因此，SF6气体被用于高压开关设备作为绝缘和熄弧介质，而使开关性能大大提高。

图4-3 F原子结构

电负性气体中的有效碰撞电离系数为：

=α-η（4-3）

电子亲和能可用来衡量原子获得一个电子的难易程度：

A（g）+ →e A-（g）+EA

电负性越大，原子在分子中吸引电子的能力越强，而氟是所有元素中电负性数值最大的元素。

SF6气体另一个特性是较低温时的高导热性。电弧弧套（弧心外围区）的平均温度常在1000～3000K，SF6气体在2000～2500K时就急剧分解，4000K附近全分解成F和S的单原子。SF6在弧套区分解时，要从电弧吸取大量的热能，因此SF6在2000K附近其比定压热容cp就急剧增长，出现导热尖峰，如图4-4所示。而空气在弧套温度区没有热游离过程，因此cp变化很小，N2的游离温度为7000K，只有很接近弧心的少数空气才会产生游离。由此可知，在电弧弧套温度区内，SF6比空气具有高得多的导热能力。

图4-4 SF6和N2在高温时的比定压热容的对比

对流换热是气体流过热体表面时对流和导热同时起作用的热量传递过程。气体绝缘的电力变压器是一个对流换热的例子，按散热要求可用自然对流或强制对流冷却方式。气体的对流换热系数h与多种因素有关，如气体的流速、密度、黏度、导热系数及比定压热容等。与空气相比，SF6气体的密度大，但黏度却小。因此在气压、温度相同的情况下，SF6气体的对流换热系数大于空气。

从能量平衡观点看，熄弧过程是电弧的电能转换成热能被熄弧介质吸收带走的过程。利用SF6作熄弧介质，不仅靠气吹的作用从弧区排除能量，而且还利用SF6分解过程中发生的能量转换从弧区吸收大量热能，因此使SF6气体具有优良的熄弧能力。

气体绝缘设备的特殊机能由气体的特性决定。对于SF6断路器而言，伴随快速导热和绝缘强度恢复，SF6的热传导率和绝缘强度是断路器灭弧的主要原因。在导电状态（电弧等离子体）和弧隙绝缘状态，这些特性使得气体能够快速恢复原状态，并且能够承受恢复电压的迅速上升。SF6断路器在性能上完全优于压缩空气断路器和真空断路器。